Condicionador de potência para aplicação em inversor de freqüência de média tensão.

• Ano de defesa: 2001
• Autor(a) principal: Silva, Valberto Ferreira da
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Controle da qualidade; Electric motors; Electrical energy; Energia elétrica; Motores elétricos; Quality control
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3143/tde-08112024-091622/

A Tensão de Afundamento Momentânea (Voltage Sag) juntamente com a Tensão de Interrupção Momentânea (Outage Voltage) constituem 92% de todos os problemas decorrentes da qualidade da energia elétrica encontrados por consumidores industriais. Relativamente a este índice, de 92% a 96% destes eventos de perturbações são relativos a Tensão de Afundamento Momentânea, com níveis de 40% a 70% de afundamento com duração de até de 2[s]. De 4% a 8% do total acima são eventos de perturbações produzidos por Tensão de Interrupção Momentânea de 2 [s] a 2 [min]. Estes tipos de perturbações podem afetar severamente processos industriais, principalmente se existirem Inversores de Freqüência (ASD), aplicados nos acionamentos de motores de indução envolvidos no sistema de produção. Uma profundidade de afundamento entre 15% a 20%, com tempos de 12 a 25 ciclos, pode provocar a atuação da proteção do ASD, com conseqüente parada do motor. Os custos destas perdas, em nível industrial, estão na faixa de U$20 a U$100 bilhões, em países como os EUA. Tradicionalmente a solução destes problemas com equipamentos do tipo Condicionadores de Energia, que utilizam semicondutores de potência, tem sido dirigida no sentido de tratar todos os tipos de perturbações como se fossem de longa duração de interrupção. Soluções deste tipo são comuns em unidades industriais de fabricação de vidros, nas quais são utilizados sistemas UPS (Sistemas de Fornecimento Contínuo de Energia) da ordem de centenasde [KVA], de elevados custos, da ordem de US$ 750/KVA. Em meados da década de 90, novos equipamentos envolvendo semicondutores de potência apareceram no mercado dirigidos especificamente à área de distribuição de energia elétrica. Dentre estes equipamentos destacam-se o Compensador Estático de Distribuição (STATCOM) e o Restaurador de Tensão Dinâmico(DVR). ) Contudo, tanto o STATCOM quanto o DVR são disponíveis nas faixas de 2 a 10 (MVA) com custos em torno de U$106 para unidades de 2 [MVA]. Modernamente, no final da década de 90, novos equipamentos de compensação de perturbações de tensão, visando fundamentalmente à do tipo Tensão de Afundamento Momentânea, surgem no mercado. Dentre eles se destaca o Compensador de Sag Dinâmico (DySC), com capacidade de corrigir perturbações com profundidades entre 25% a 50% com tempos de até 2 [s]. Estes equipamentos possuem custos variáveis na faixa de U$ 100 a U$ 175/KVA instalado. Contudo este equipamento não elimina os harmônicos de correntes injetadas no barramento da Concessionária por cargas não-lineares, como é o caso dos ASD. Em relação a área dos ASD, novas topologias estão sendo propostas para acionamentos de motores de média tensão (2300 [V] a 6600 [V] / >100 [Hp]). Autores como Cengelci e Enjeti, da Texas University/Power Eletronics & Power Quality Laboratory, com apoio da Toshiba International Corporation, e Manjrekar e Lipo da University of Wiscosin - Madison/Electric Machines & Power Electronics Consortium,apoiados pela ABB Drives Division, estão propondo diversas topologias que exigem transformadores de multi-enrolamentos para alimentações das unidades retificadoras, de modo que sob o ponto de vista da rede da Concessionária, o ASD seja um sistema de 12, 18 ou 24 pulsos. As unidades Inversoras são constituídas de cascata em série de pontes monofásicas do tipo H ou utilizam o tradicional Inversor com a topologia de Gräetz, com IGBT e/ou IGCT. Trabalhos complementares de autores, ligados a fabricantes tradicionais da área, tem confirmado estas tendências. ) Pretende-se neste trabalho desenvolver-se um Condicionador de Potência para Qualidade da Energia Elétrica (CPQEE), com elementos armazenadores de energia (Supercapacitores), para compensações de perturbações do tipo Tensão de Afundamento Momentânea ou Tensão de Interrupção Momentânea, além de operar como Filtro Ativo de Potência, para alimentação de ASD utilizados no acionamentos de motores de indução trifásicos de média tensão e alta potência (MV-ASD). Deve ser observado que as soluções convencionais propostas não se aplicam a Inversores acionando motores de média tensão, por requererem um elevado número de elementos armazenadores de energia, conectados no barramento CC de alta tensão destes Inversores. A implementação de um CPQEE para ASD deve inicialmente ter uma preocupação com os harmônicos de correntes injetados pelo ASD na rede da Concessionária. Para tanto o sistema proposto possui um FiltroAtivo Paralelo (InvSh), conectado ao barramento de alimentação da carga através de um transformador (TSh). Adicionalmente o módulo InvSh deve controlar a amplitude da tensão no link CC e o respectivo recarregamento dos módulos armazenadores de energia denominados de ESM, os quais são constituídos por Choppers e Supercapacitores. O módulo do Filtro Ativo Série (InvSe) possui a função específica de injetar as tensões de compensações necessárias para manter constantes as tensões aplicadas no barramento que alimenta o módulo da unidade retificadora , do tipo multipulsos, do ASD. Associado ao módulo InvSe existe o módulo ESM, que fornece a potência necessária, para as injeções das tensões de compensações através do transformador (TSe), que é conectado em série entre a rede de alimentação (barramento da Concessionária) e o barramento de alimentação do ASD. ) Associado às unidades dos Supercapacitores, utilizados como unidades armazenadoras de energia, existe um Chopper para o controle da potência injetada pelos Supercapacitores para o link CC. Paralelamente, no restabelecimento da tensão da rede, deve existir um outro Chopper para o carregamento dos Supercapacitores. Será dado ênfase a implementação no Software MatLab, das malhas de controle, módulos de disparo e módulos com semicondutores de potência do CPQEE. As características dinâmicas e estáticas, assim como o dimensionamento do sistema condicionador (InvSe e InvSh) e módulo armazenador de energia, serão analisados para perturbações do tipos Tensão de Afundamento Momentânea e Tensão de Interrupção Momentânea.